第四章復(fù)合材料的制備-2015

1、1第四章第四章 復(fù)合材料的制備復(fù)合材料的制備四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周大利周大利2復(fù)合材料復(fù)合材料(Composite)(Composite) 復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料通過物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有兩個材料通過物理和化學(xué)復(fù)合，組成具有兩個或兩個以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。該類材料不或兩個以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。該類材料不僅性能優(yōu)于組成中的任意一個單獨(dú)的材料，僅性能優(yōu)于組成中的任意一個單獨(dú)的材料，而且還可具有組分單獨(dú)不具有的獨(dú)特性能。而且還可具有組分單獨(dú)不具有的獨(dú)特性能。3復(fù)合材料的組成復(fù)合材料的組成基體基體Matrix增強(qiáng)體增強(qiáng)體Rei

2、nforcement界面界面Interface4 復(fù)合材料分類復(fù)合材料分類1.1.復(fù)合材料按用途分為：復(fù)合材料按用途分為：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：通過復(fù)合，顯著改善材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：通過復(fù)合，顯著改善材料的機(jī)械性能，主要用于結(jié)構(gòu)零件。的機(jī)械性能，主要用于結(jié)構(gòu)零件。功能復(fù)合材料：通過復(fù)合，顯著改善材料功能復(fù)合材料：通過復(fù)合，顯著改善材料的其他性能，形成多功能材料。的其他性能，形成多功能材料。2.2.按基體類型分為按基體類型分為樹脂基復(fù)合材料樹脂基復(fù)合材料RMCRMC（如玻璃鋼，（如玻璃鋼，Resin Resin Matrix CompositeMatrix Composite）, ,也稱纖維增強(qiáng)塑料也稱纖

3、維增強(qiáng)塑料（Fiber Reinforced PlasticsFiber Reinforced Plastics） ；橡膠基復(fù)；橡膠基復(fù)合材料（如輪胎）合材料（如輪胎）5金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料MMC MMC （如纖維增強(qiáng)金屬，（如纖維增強(qiáng)金屬，Metal Matrix CompositeMetal Matrix Composite）陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料CMC CMC （如鋼筋混凝土、（如鋼筋混凝土、纖維增強(qiáng)陶瓷，纖維增強(qiáng)陶瓷，Ceramic Matrix Ceramic Matrix CompositeComposite）6 按增強(qiáng)材料分類：按增強(qiáng)材料分類： 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（連

4、續(xù)纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、短纖維或晶須增強(qiáng)纖維）：復(fù)合材料、短纖維或晶須增強(qiáng)纖維）： 纖維增強(qiáng)橡膠（輪胎）、纖維增強(qiáng)塑料纖維增強(qiáng)橡膠（輪胎）、纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)塑料）、纖維增（玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)塑料）、纖維增強(qiáng)陶瓷、纖維增強(qiáng)金屬（碳纖維強(qiáng)陶瓷、纖維增強(qiáng)金屬（碳纖維/ /鋁錫合鋁錫合金）等。金）等。 顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：陶瓷顆粒顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料：陶瓷顆粒-金屬基（硬質(zhì)合金），金屬顆粒金屬基（硬質(zhì)合金），金屬顆粒-塑塑料基等。料基等。 7 疊層復(fù)合材料：如雙金屬板，疊層復(fù)合材料：如雙金屬板，夾層玻璃，多層板等。夾層玻璃，多層板等。 夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：如多孔夾層結(jié)

5、構(gòu)復(fù)合材料：如多孔性鐵基和青銅基自潤滑襯套。性鐵基和青銅基自潤滑襯套。8復(fù)合材料特點(diǎn)復(fù)合材料特點(diǎn) (l)(l)可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種可綜合發(fā)揮各種組成材料的優(yōu)點(diǎn)，使一種材料具有多種性能，具有天然材料所沒有的材料具有多種性能，具有天然材料所沒有的性能。例如，玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，性能。例如，玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料，既具有類似鋼材的強(qiáng)度，又具有塑料的介電既具有類似鋼材的強(qiáng)度，又具有塑料的介電性能和耐腐蝕性能。性能和耐腐蝕性能。 (2)(2)可按對材料性能的需要進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和可按對材料性能的需要進(jìn)行材料的設(shè)計(jì)和制造，例如，針對方向性材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，制造，例如，針對方向性材料

6、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，針對某種介質(zhì)耐腐蝕性能的設(shè)計(jì)等。針對某種介質(zhì)耐腐蝕性能的設(shè)計(jì)等。 (3)(3)可制成所需的任意形狀的產(chǎn)品，可避免多可制成所需的任意形狀的產(chǎn)品，可避免多次加工工序，例如，可避免金屬產(chǎn)品的鑄模、次加工工序，例如，可避免金屬產(chǎn)品的鑄模、切削、磨光等工序。切削、磨光等工序。9金屬基復(fù)合材料的主要性能金屬基復(fù)合材料的主要性能 (1)(1)高比強(qiáng)度、比模量高比強(qiáng)度、比模量 (2)(2)導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能 (3)(3)熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好 (4)(4)良好的高溫性能良好的高溫性能 (5)(5)耐磨性好耐磨性好 (6)(6)良好的疲勞性能和斷裂韌性良好的疲

7、勞性能和斷裂韌性 (7)(7)不吸潮、不老化、氣密性好不吸潮、不老化、氣密性好10陶瓷基復(fù)合材料的主要性能陶瓷基復(fù)合材料的主要性能 陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、陶瓷材料強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗氧化，高溫下抗磨損性好、耐化學(xué)腐抗氧化，高溫下抗磨損性好、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和相對密度較小，蝕性優(yōu)良，熱膨脹系數(shù)和相對密度較小，這些優(yōu)異的性能是一般常用金屬材料、這些優(yōu)異的性能是一般常用金屬材料、高分子材料及其復(fù)合材料所不具備的優(yōu)高分子材料及其復(fù)合材料所不具備的優(yōu)異性能，但陶瓷材料抗彎強(qiáng)度不高，斷異性能，但陶瓷材料抗彎強(qiáng)度不高，斷裂韌性低，限制了其作為結(jié)構(gòu)材料使用。裂韌性低，限制了其作為結(jié)

8、構(gòu)材料使用。當(dāng)用高強(qiáng)度、高模量的纖維或晶須增強(qiáng)當(dāng)用高強(qiáng)度、高模量的纖維或晶須增強(qiáng)后，其高溫強(qiáng)度和韌性可大幅度提高。后，其高溫強(qiáng)度和韌性可大幅度提高。11復(fù)合材料的復(fù)合原則與性能復(fù)合材料的復(fù)合原則與性能 基體材料和增強(qiáng)相的類型和性質(zhì)及兩基體材料和增強(qiáng)相的類型和性質(zhì)及兩者之間的結(jié)合力，決定其性能，增強(qiáng)相者之間的結(jié)合力，決定其性能，增強(qiáng)相的形狀、數(shù)量、分布及制備過程等也影的形狀、數(shù)量、分布及制備過程等也影響其性能。響其性能。12一、增強(qiáng)機(jī)制一、增強(qiáng)機(jī)制 (1)(1)顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料 (2)(2)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 (3)(3)晶須增強(qiáng)復(fù)合材料晶須增強(qiáng)復(fù)合材料13二、復(fù)合

9、原則二、復(fù)合原則 纖維增強(qiáng)復(fù)合原則纖維增強(qiáng)復(fù)合原則1.1.纖維增強(qiáng)相是承載體，要求高的強(qiáng)度、彈纖維增強(qiáng)相是承載體，要求高的強(qiáng)度、彈性模量、熱穩(wěn)定性。性模量、熱穩(wěn)定性。2. 2. 基體起粘結(jié)劑作用，要求潤濕性基體起粘結(jié)劑作用，要求潤濕性( (對纖維對纖維) )、塑性和韌性及保護(hù)不損傷表面性。塑性和韌性及保護(hù)不損傷表面性。3. 3. 纖維和基體之間高而適合的結(jié)合強(qiáng)度。過纖維和基體之間高而適合的結(jié)合強(qiáng)度。過低的結(jié)合強(qiáng)度易裂，過高易脆斷。低的結(jié)合強(qiáng)度易裂，過高易脆斷。4. 4. 纖維增強(qiáng)相有合理的含量、尺寸和分布。纖維增強(qiáng)相有合理的含量、尺寸和分布。5. 5. 纖維和基體間不能有化學(xué)反應(yīng)。纖維和基體間

10、不能有化學(xué)反應(yīng)。14 細(xì)粒增強(qiáng)復(fù)合原則細(xì)粒增強(qiáng)復(fù)合原則1.1.顆粒應(yīng)高度均勻彌散分布在基體中。顆粒應(yīng)高度均勻彌散分布在基體中。2. 2. 顆粒大小應(yīng)適當(dāng)。一般幾微米到幾十顆粒大小應(yīng)適當(dāng)。一般幾微米到幾十微米，過大易裂，過小起不到強(qiáng)化作用。微米，過大易裂，過小起不到強(qiáng)化作用。3. 3. 顆粒的體積含量應(yīng)在顆粒的體積含量應(yīng)在2020以上，否則以上，否則達(dá)不到強(qiáng)化效果。達(dá)不到強(qiáng)化效果。4. 4. 顆粒與基體之間有一定的結(jié)合強(qiáng)度。顆粒與基體之間有一定的結(jié)合強(qiáng)度。15 由能承受載荷的由能承受載荷的增強(qiáng)體組元增強(qiáng)體組元（如玻璃、（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖維、陶瓷、碳素、高聚物、金屬、天然纖

11、維、織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯(lián)結(jié)織物、晶須、片材和顆粒等）與能聯(lián)結(jié)增強(qiáng)體成為整體材料同時又起傳力作用增強(qiáng)體成為整體材料同時又起傳力作用的的基體組元基體組元（如樹脂、金屬、陶瓷、玻（如樹脂、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）構(gòu)成。璃、碳和水泥等）構(gòu)成。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料使用的材料16 結(jié)構(gòu)材料通常按基體的不同分結(jié)構(gòu)材料通常按基體的不同分為聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合為聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料和水泥基復(fù)合材料等。材料和水泥基復(fù)合材料等。17 包括壓電、導(dǎo)電、雷達(dá)隱身、永磁、光致包括

12、壓電、導(dǎo)電、雷達(dá)隱身、永磁、光致變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁變色、吸聲、阻燃、生物自吸收等種類繁多的復(fù)合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。多的復(fù)合材料，具有廣闊的發(fā)展前途。 未未來的功能復(fù)合材料比重將超過結(jié)構(gòu)復(fù)合材來的功能復(fù)合材料比重將超過結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。料，成為復(fù)合材料發(fā)展的主流。 功能材料功能材料 是指除力學(xué)性能以外還提供其它物理、化是指除力學(xué)性能以外還提供其它物理、化學(xué)、生物等性能的復(fù)合材料。學(xué)、生物等性能的復(fù)合材料。18 未來復(fù)合材料的研究方向主未來復(fù)合材料的研究方向主要集中在納米復(fù)合材料、仿生復(fù)要集中在納米復(fù)合材料、仿生復(fù)合材料和發(fā)展多功能、機(jī)敏、天合材料和發(fā)展

13、多功能、機(jī)敏、天然復(fù)合材料等領(lǐng)域然復(fù)合材料等領(lǐng)域。19a a、是玻纖增強(qiáng)、是玻纖增強(qiáng)PPPP的沖擊試樣的斷口掃描電鏡照片的沖擊試樣的斷口掃描電鏡照片（a a）是加入）是加入MPPMPP相相容劑的玻纖增強(qiáng)體容劑的玻纖增強(qiáng)體系，系，( a( a）中玻璃）中玻璃纖維與基體的結(jié)合纖維與基體的結(jié)合較好，纖維拔出較較好，纖維拔出較少少. .20 b b 是未加相容劑的玻纖增強(qiáng)體系。是未加相容劑的玻纖增強(qiáng)體系。從中可以看出，而從中可以看出，而（b b）中有大量的玻）中有大量的玻纖從基體中拔出，證纖從基體中拔出，證明與基體的粘接性較明與基體的粘接性較差，因而體系的力學(xué)差，因而體系的力學(xué)性能不高。性能不高。21

14、Figure Microstructure of an aluminum casting alloy reinforced with silicon carbide particles. In this case, the reinforcing particles have segregated to interdendritic regions of the casting ( 125). (Courtesy of David Kennedy, Lester B. Knight Cost Metals Inc.)22試樣的沖擊試樣的斷口掃描電鏡的背散射電子圖像試樣的沖擊試樣的斷口掃描電鏡的

15、背散射電子圖像 1250目CaCO3粒子/PP25002500目目CaCOCaCO3 3粒子粒子/PP/PP23GF/CFGF/CF不同的纖維種類不同的纖維種類24Composite materials configurationsMaterials: Glass/carbon/aramid fibres with thermoset/thermoplastic resinsArchitecture: Unidirectional tapes, woven, braided, chopped strand mat, pultruded, filament wound, RTM, injecti

16、on moulded/www.merl-ltd.co.uk/./ composites01.shtml 252627復(fù)合材料的特點(diǎn)復(fù)合材料的特點(diǎn) 1.1.可設(shè)計(jì)性可設(shè)計(jì)性 2.2.各相異性各相異性 3.3.一次成型一次成型 4.4.可制成各種形狀可制成各種形狀 5.5.能綜合發(fā)揮各組分的優(yōu)點(diǎn)，并具有多能綜合發(fā)揮各組分的優(yōu)點(diǎn)，并具有多種性能。種性能。28樹脂基復(fù)合材料的性能特點(diǎn)樹脂基復(fù)合材料的性能特點(diǎn) 樹脂基復(fù)合材料作為一種復(fù)合材料，是由兩樹脂基復(fù)合材料作為一種復(fù)合材料，是由兩個或兩個以上的獨(dú)立物理相，包含基體材料（樹個或兩個以上的獨(dú)立物理相，包含基體材料（樹脂）和增強(qiáng)材料所組成的一種固體產(chǎn)物。

17、樹脂基脂）和增強(qiáng)材料所組成的一種固體產(chǎn)物。樹脂基復(fù)合材料具有如下的特點(diǎn)：復(fù)合材料具有如下的特點(diǎn)：（1 1）各向異性（短切纖維復(fù)合材料等顯各向）各向異性（短切纖維復(fù)合材料等顯各向同性）；表征其復(fù)合后材料的性能。同性）；表征其復(fù)合后材料的性能。29 （2 2）不均質(zhì)（或結(jié)構(gòu)組織質(zhì)地的不連續(xù)性）；）不均質(zhì)（或結(jié)構(gòu)組織質(zhì)地的不連續(xù)性）；（3 3）呈粘彈性行為；）呈粘彈性行為；（4 4）纖維（或樹脂）體積含量不同，材料的物）纖維（或樹脂）體積含量不同，材料的物理性能差異；理性能差異；（5 5）影響質(zhì)量因素多，材料性能多呈分散性。）影響質(zhì)量因素多，材料性能多呈分散性。30聚合物基復(fù)合材料的主要性能聚合物基

18、復(fù)合材料的主要性能優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1.1.比強(qiáng)度、比模量高比強(qiáng)度、比模量高2.2.耐疲勞性好耐疲勞性好3.3.減震性好減震性好4.4.過載時安全性好過載時安全性好5.5.具有多種功能性具有多種功能性 耐燒蝕性、耐腐蝕性耐燒蝕性、耐腐蝕性好，高度的電絕緣，好，高度的電絕緣，良好的摩擦性，特殊良好的摩擦性，特殊的光學(xué)、電性能的光學(xué)、電性能6.6.良好的可加工性能良好的可加工性能缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1.1.使用溫度低，耐高溫使用溫度低，耐高溫性能差（性能差（300300度以下）度以下）2.2.材料強(qiáng)度一致性差材料強(qiáng)度一致性差3.3.耐老化性能差耐老化性能差31增強(qiáng)體的性能增強(qiáng)體的性能 增強(qiáng)體的種類繁多，下頁表列

19、出了主要增增強(qiáng)體的種類繁多，下頁表列出了主要增強(qiáng)體的主要參數(shù)。強(qiáng)體的主要參數(shù)。 增強(qiáng)體的特點(diǎn)是增強(qiáng)體的特點(diǎn)是高強(qiáng)度、高模量。高強(qiáng)度、高模量。增強(qiáng)體增強(qiáng)體直徑較小直徑較小，含有缺陷的機(jī)率少，所以保持了高，含有缺陷的機(jī)率少，所以保持了高強(qiáng)度、高模量的特性。用于航天、航天結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、高模量的特性。用于航天、航天結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料的增強(qiáng)體密度一般都低。復(fù)合材料的增強(qiáng)體密度一般都低。32增強(qiáng)體的性能參數(shù)增強(qiáng)體的性能參數(shù)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家 商品名及牌號商品名及牌號直徑直徑 m m 密度密度 g/cmg/cm3 3抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 MPaMPa彈性模量彈性模量GPaGPaE E玻璃纖維玻璃纖維 915 915 2

20、.6 2.6 32323232 72 72日本東麗日本東麗 T 300 T 300 碳纖維碳纖維 7 7 1.761.763 5003 500230230日本東麗日本東麗T T一一1000 1000 碳纖維碳纖維5 5 1.821.8270607060294294日本東麗日本東麗M60J M60J 碳纖維碳纖維 5 51 941 94382038205885883M3M公司公司Nextel 480 A1Nextel 480 A12 2O O3 3纖纖維維10-1210-123.053.0522752275 224 224日本碳日本碳( (株株) )Nicalon SiC Nicalon SiC

21、 纖維纖維101510152.552.552450-29402450-2940167-176167-176美美AVCOAVCOSCS-6SiC SCS-6SiC 纖維纖維1401403 340004000400400法法SNPESNPEB B4 4C C 涂復(fù)鎢芯硼纖維涂復(fù)鎢芯硼纖維1401402.52.537003700400400美美Kevlar49 Kevlar49 芳綸纖維芳綸纖維12121.441.44176017606262 ( (原原) )蘇聯(lián)蘇聯(lián) APMOC APMOC 芳綸纖維芳綸纖維1.431.4350005000150150W W絲絲131319.419.44020402

22、0407407鋼絲鋼絲13137.747.7441204120193193- SiC- SiC晶須晶須53.857000070000 6000 6000美杜邦公司美杜邦公司A1A12 2O O3 3晶須晶須20203.953.9537937933 基體材料的性能基體材料的性能分類分類名稱名稱拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度楊氏模量楊氏模量抗彎強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度聚聚合合物物聚丙烯聚丙烯3341 MPa3341 MPa1.2-1.4 GPa1.2-1.4 GPa41.455.1 41.455.1 MPaMPa尼龍尼龍666681.3 MPa81.3 MPa3.13.2 GPa3.13.2 GPa9

23、8107.8 MPa98107.8 MPaABSABS16.662MPa16.662MPa0.72.8 GPa0.72.8 GPa24.893 MPa24.893 MPa聚碳酸酯聚碳酸酯65.7 MPa65.7 MPa2.22.4 GPa2.22.4 GPa96103.9 MPa96103.9 MPa金金屬屬0808碳素鋼碳素鋼325 MPa325 MPa210 GPa210 GPa鑄鐵鑄鐵HT15-33HT15-33150 MPa150 MPa150160 GPa150160 GPa330 MPa330 MPa工業(yè)鋁工業(yè)鋁L4L4140 MPa140 MPa69 GPa69 GPa陶陶瓷瓷A

24、lAl2 2O O3 399.9%99.9%300 MPa300 MPa370 GPa370 GPa碳化鈦碳化鈦258 MPa258 MPa450 GPa450 GPa燒結(jié)燒結(jié)SiCSiC300 MPa300 MPa410 GPa410 GPa34 復(fù)合效應(yīng)復(fù)合效應(yīng) 復(fù)合效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是原相材料及其所形成的界面相復(fù)合效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是原相材料及其所形成的界面相互作用、相互依存、相互補(bǔ)充的結(jié)果?；プ饔谩⑾嗷ヒ来?、相互補(bǔ)充的結(jié)果。 復(fù)合材料具有特殊的復(fù)合效應(yīng)，使得復(fù)合材料不復(fù)合材料具有特殊的復(fù)合效應(yīng)，使得復(fù)合材料不但基本保持了原有組分的性能，還增添了原有組分沒但基本保持了原有組分的性能，還增添了原有組分沒有

25、的性能。有的性能。 它表現(xiàn)為樹脂基復(fù)合材料的性能在其組分材料基它表現(xiàn)為樹脂基復(fù)合材料的性能在其組分材料基礎(chǔ)上的線性和非線性的綜合。復(fù)合效應(yīng)有正有負(fù)，性礎(chǔ)上的線性和非線性的綜合。復(fù)合效應(yīng)有正有負(fù)，性能的提高總是人們所期望的，但有些材料在復(fù)合之后能的提高總是人們所期望的，但有些材料在復(fù)合之后某些方面的性能出現(xiàn)抵消甚至降低的現(xiàn)象是不可避免某些方面的性能出現(xiàn)抵消甚至降低的現(xiàn)象是不可避免的。的。 35 線性效應(yīng)線性效應(yīng)非線性效應(yīng)非線性效應(yīng)界面效應(yīng)界面效應(yīng)尺寸效應(yīng)尺寸效應(yīng)各向異性效應(yīng)各向異性效應(yīng) 復(fù)合效應(yīng)復(fù)合效應(yīng) 線性效應(yīng)可細(xì)分為線性效應(yīng)可細(xì)分為平均效應(yīng)平均效應(yīng)、平行效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)、平行效應(yīng)、相補(bǔ)效應(yīng)、相

26、抵效應(yīng)。相抵效應(yīng)。 非線性效應(yīng)可細(xì)分為非線性效應(yīng)可細(xì)分為乘積效應(yīng)乘積效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、共振效應(yīng)。共振效應(yīng)。361 1、線性效應(yīng)、線性效應(yīng)（1 1）平均效應(yīng)（混合效應(yīng)）平均效應(yīng)（混合效應(yīng)） 復(fù)合材料的某項(xiàng)性能等于各組分的該項(xiàng)性能乘以該復(fù)合材料的某項(xiàng)性能等于各組分的該項(xiàng)性能乘以該組分體積分?jǐn)?shù)之加和?？捎没旌衔锒擅枋觯航M分體積分?jǐn)?shù)之加和?？捎没旌衔锒擅枋觯?Kc = Kii Kc = Kii （串聯(lián)模型）（串聯(lián)模型） 1/Kc = i/Ki 1/Kc = i/Ki （并聯(lián)模型）（并聯(lián)模型）（2 2）平行效應(yīng)）平行效應(yīng) 復(fù)合材料的某項(xiàng)性能與其中某一組分的該項(xiàng)性能基復(fù)合材

27、料的某項(xiàng)性能與其中某一組分的該項(xiàng)性能基本相當(dāng)。本相當(dāng)。 Kc Ki Kc Ki 37（3 3）相補(bǔ)效應(yīng)）相補(bǔ)效應(yīng) 復(fù)合材料各組分復(fù)合后相互補(bǔ)充，彌補(bǔ)復(fù)合材料各組分復(fù)合后相互補(bǔ)充，彌補(bǔ)各自的弱點(diǎn)，產(chǎn)生優(yōu)異的綜合性能。各自的弱點(diǎn)，產(chǎn)生優(yōu)異的綜合性能。 C = AC = AB B（4 4）相抵效應(yīng)）相抵效應(yīng) 復(fù)合材料各組分之間出現(xiàn)性能相互制約，復(fù)合材料各組分之間出現(xiàn)性能相互制約，使其性能低于混合物定律預(yù)測值。使其性能低于混合物定律預(yù)測值。 Kc KiiKc Kii38以下舉例對其中的重要效應(yīng)簡單作一說明以下舉例對其中的重要效應(yīng)簡單作一說明 平均效應(yīng)又可稱為加和效應(yīng)平均效應(yīng)又可稱為加和效應(yīng)(Mean

28、Properties)(Mean Properties)，反映，反映在復(fù)合材料的混合定則在復(fù)合材料的混合定則(Rule of Mixture)(Rule of Mixture)中。中。該定則通常用來計(jì)算增強(qiáng)材料和基體復(fù)合后對某一性質(zhì)該定則通常用來計(jì)算增強(qiáng)材料和基體復(fù)合后對某一性質(zhì)產(chǎn)生的效果，即產(chǎn)生的效果，即式中式中 pp某一性質(zhì)，例如強(qiáng)度、模量、泊松比、熱導(dǎo)等某一性質(zhì)，例如強(qiáng)度、模量、泊松比、熱導(dǎo)等PcPc復(fù)合材料的某一性質(zhì)；復(fù)合材料的某一性質(zhì)；PiPi原始原始i i材料的某一性質(zhì)；材料的某一性質(zhì)； 體積分?jǐn)?shù)；體積分?jǐn)?shù)；i Ni N種原始材料中第種原始材料中第i i種材料體積分?jǐn)?shù)種材料體積分?jǐn)?shù)

29、nn由實(shí)驗(yàn)確定，其范圍為由實(shí)驗(yàn)確定，其范圍為-1 n 1-1 n 1Niinicpp139Niinicpp1例題：例題：p(PA66) =81.3MPa, p(GF)=3232MPa, p(PA66) =81.3MPa, p(GF)=3232MPa, p(CF)=3500p(CF)=35001= 0.7 , 2=0.3 n=11= 0.7 , 2=0.3 n=1Pc1=81.3Pc1=81.30.7+32320.7+32320.3=1026.51 (MPa)0.3=1026.51 (MPa)Pc2=81.3Pc2=81.30.7+35000.7+35000.3=1106.91 (MPa)0.3

30、=1106.91 (MPa)40相補(bǔ)效應(yīng)和相抵相應(yīng)相補(bǔ)效應(yīng)和相抵相應(yīng)AB41非線性效應(yīng)中，乘積效應(yīng)非線性效應(yīng)中，乘積效應(yīng)(Product ProPcnMs(Product ProPcnMs）又叫傳遞特性，交叉耦合效應(yīng)。又叫傳遞特性，交叉耦合效應(yīng)。 例如對材料例如對材料X X輸入時輸出為輸入時輸出為Y Y，即一種轉(zhuǎn)換功能材料，即一種轉(zhuǎn)換功能材料Y/X(Y/X(如磁場壓力的換能材料如磁場壓力的換能材料) )；而；而Y Y又作為另一種材料的又作為另一種材料的第二次輸入，產(chǎn)生輸出第二次輸入，產(chǎn)生輸出Z Z，即為另一種換能材料，即為另一種換能材料Z ZY(Y(如電如電阻磁場轉(zhuǎn)換材料阻磁場轉(zhuǎn)換材料) )。

31、兩種材料復(fù)合得出一新的機(jī)能材料，。兩種材料復(fù)合得出一新的機(jī)能材料，即即Y YXZXZY YZ ZX(X(即電阻壓力轉(zhuǎn)換材料即電阻壓力轉(zhuǎn)換材料) )。 乘積效應(yīng)對開發(fā)新型功能材料指出了方向，因?yàn)檫@種乘積效應(yīng)對開發(fā)新型功能材料指出了方向，因?yàn)檫@種效應(yīng)不僅僅比單一材料獲得很強(qiáng)的性能，甚至還可利用它效應(yīng)不僅僅比單一材料獲得很強(qiáng)的性能，甚至還可利用它創(chuàng)造出任何單一材料都不存在的新的功能效應(yīng)。創(chuàng)造出任何單一材料都不存在的新的功能效應(yīng)。422 2、非線性效應(yīng)、非線性效應(yīng)相乘效應(yīng)相乘效應(yīng)（X/YX/Y） （Y/ZY/Z）=X/Z=X/ZA A組元性質(zhì)組元性質(zhì)X/YX/YB B組元性質(zhì)組元性質(zhì)Y/ZY/Z相乘性

32、質(zhì)相乘性質(zhì)X/ZX/Z壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)磁致伸縮磁致伸縮熱致變形熱致變形磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)電磁效應(yīng)電磁效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓敏效應(yīng)壓敏效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)磁阻效應(yīng)磁阻效應(yīng)熱敏效應(yīng)熱敏效應(yīng)43 當(dāng)你在點(diǎn)燃煤氣灶或當(dāng)你在點(diǎn)燃煤氣灶或熱水器時，就有一種壓電熱水器時，就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務(wù)了陶瓷已悄悄地為你服務(wù)了一次。生產(chǎn)廠家在這類壓一次。生產(chǎn)廠家在這類壓電點(diǎn)火裝置內(nèi)，藏著一塊電點(diǎn)火裝置內(nèi)，藏著一塊壓電陶瓷，當(dāng)用戶按下點(diǎn)壓電陶瓷，當(dāng)用戶按下點(diǎn)火裝置的彈簧時，傳動裝火裝置的彈簧時，傳動裝置就把壓力施加在壓電陶置就把壓力施加在壓電陶瓷上，使它產(chǎn)生很高的電瓷上，使它產(chǎn)生

33、很高的電壓，進(jìn)而將電能引向燃?xì)鈮?，進(jìn)而將電能引向燃?xì)獾某隹诜烹?，于是，燃?xì)獾某隹诜烹?，于是，燃?xì)饩捅浑娀鸹c(diǎn)燃了。壓電就被電火花點(diǎn)燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓陶瓷的這種功能就叫做壓電效應(yīng)。反之施加電壓，電效應(yīng)。反之施加電壓，則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，稱為逆則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力，稱為逆壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)。 44 原理上利用鋯鈦酸鉛原理上利用鋯鈦酸鉛PZTPZT壓電陶瓷在電能與機(jī)械能之間相壓電陶瓷在電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的正、逆壓電效應(yīng)，既在壓電陶瓷加一電信號，便產(chǎn)生互轉(zhuǎn)換的正、逆壓電效應(yīng)，既在壓電陶瓷加一電信號，便產(chǎn)生機(jī)械振動而發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在空氣傳播途中碰到障礙物機(jī)械振動而發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在空

34、氣傳播途中碰到障礙物立即被反射回來，作用于它的陶瓷時，則會有電信號輸出，通立即被反射回來，作用于它的陶瓷時，則會有電信號輸出，通過數(shù)據(jù)處理時間差測距，計(jì)算顯示車與障礙物的距離及危險相過數(shù)據(jù)處理時間差測距，計(jì)算顯示車與障礙物的距離及危險相撞時報(bào)警，可準(zhǔn)確無誤地探測汽車尾部及駕車者視角盲區(qū)的微撞時報(bào)警，可準(zhǔn)確無誤地探測汽車尾部及駕車者視角盲區(qū)的微小障礙物，實(shí)用性相當(dāng)強(qiáng)。小障礙物，實(shí)用性相當(dāng)強(qiáng)。 超聲波傳感器用作汽車倒車防撞報(bào)警器裝置，也被稱超聲波傳感器用作汽車倒車防撞報(bào)警器裝置，也被稱為超聲波倒車?yán)走_(dá)或倒車聲納系統(tǒng)，尤其適用于加長型裝為超聲波倒車?yán)走_(dá)或倒車聲納系統(tǒng)，尤其適用于加長型裝載汽車、載重大

35、貨車、礦山汽車等大型車輛。載汽車、載重大貨車、礦山汽車等大型車輛。 45由于磁致伸縮材料在磁場作用下，其長度發(fā)生變化，可發(fā)由于磁致伸縮材料在磁場作用下，其長度發(fā)生變化，可發(fā)生位移而做功或在交變磁場作用可發(fā)生反復(fù)伸張與縮短，生位移而做功或在交變磁場作用可發(fā)生反復(fù)伸張與縮短，從而產(chǎn)生振動或聲波，這種材料可將電磁能（或電磁信息）從而產(chǎn)生振動或聲波，這種材料可將電磁能（或電磁信息）轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能（或機(jī)械位移信息或聲信息），相反轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能（或機(jī)械位移信息或聲信息），相反也可以將機(jī)械能（或機(jī)械位移與信息）轉(zhuǎn)換成電磁能（或也可以將機(jī)械能（或機(jī)械位移與信息）轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息）。它是重要的能

36、量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。它在電磁信息）。它是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。它在聲納的水聲換能器技術(shù)，電聲換能器技術(shù)、海洋探測與開聲納的水聲換能器技術(shù)，電聲換能器技術(shù)、海洋探測與開發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機(jī)翼、機(jī)器人、自動化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、泵、能機(jī)翼、機(jī)器人、自動化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、泵、波動采油等高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。波動采油等高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。46復(fù)合材料的界面效應(yīng)復(fù)合材料的界面效應(yīng) (1) (1)阻斷效應(yīng)阻斷效應(yīng) (2)(2)不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng) (3)(3)散射和吸收效應(yīng)散射和吸收

37、效應(yīng) (4)(4)感應(yīng)效應(yīng)感應(yīng)效應(yīng) (5)(5)界面結(jié)晶效應(yīng)界面結(jié)晶效應(yīng) (6)(6)界面化學(xué)效應(yīng)界面化學(xué)效應(yīng)47復(fù)合材料的界面效應(yīng)復(fù)合材料的界面效應(yīng)(1)(1)阻斷效應(yīng)阻斷效應(yīng) 起到阻止裂紋擴(kuò)展，中斷材料破起到阻止裂紋擴(kuò)展，中斷材料破壞，減緩應(yīng)力集中等。壞，減緩應(yīng)力集中等。(2)(2)不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng) 在界面上引起的物理性質(zhì)的不連在界面上引起的物理性質(zhì)的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如電阻、介電特性、續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象，如電阻、介電特性、磁性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等磁性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等(3)(3)散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖散射和吸收效應(yīng)：光波、聲波、熱彈性波、沖擊

38、波等在界面產(chǎn)生的散射和吸收，如透光性、隔擊波等在界面產(chǎn)生的散射和吸收，如透光性、隔熱性、隔音性、耐沖擊性等。熱性、隔音性、耐沖擊性等。48(4)(4)感應(yīng)效應(yīng)感應(yīng)效應(yīng) 在界面產(chǎn)生的感應(yīng)效應(yīng)，特別在界面產(chǎn)生的感應(yīng)效應(yīng)，特別是應(yīng)變、內(nèi)部應(yīng)力和由此而引起的現(xiàn)象，如是應(yīng)變、內(nèi)部應(yīng)力和由此而引起的現(xiàn)象，如彈性、熱膨脹性、抗沖擊性和耐熱性的改變彈性、熱膨脹性、抗沖擊性和耐熱性的改變等。感應(yīng)等。感應(yīng)( (或誘導(dǎo)或誘導(dǎo)) )可以是一種物質(zhì)可以是一種物質(zhì)( (通常是增通常是增強(qiáng)物強(qiáng)物) )的表面結(jié)構(gòu)使另一種的表面結(jié)構(gòu)使另一種( (通常是聚合物基通常是聚合物基體體) )與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)出了誘導(dǎo)作用而改與之接觸

39、的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)出了誘導(dǎo)作用而改變。變。(5)(5)界面結(jié)晶效應(yīng)界面結(jié)晶效應(yīng) 基體結(jié)晶時易在界面上形基體結(jié)晶時易在界面上形核，界面形核誘發(fā)了基體結(jié)晶。核，界面形核誘發(fā)了基體結(jié)晶。(6)(6)界面化學(xué)效應(yīng)界面化學(xué)效應(yīng) 基體與增強(qiáng)材料間的化學(xué)基體與增強(qiáng)材料間的化學(xué)反應(yīng)，官能團(tuán)、原子分子之間的作用。反應(yīng)，官能團(tuán)、原子分子之間的作用。49阻止裂紋的擴(kuò)展阻止裂紋的擴(kuò)展50不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng)電阻R1電阻R1電阻R251散射和吸收效應(yīng)散射和吸收效應(yīng)52界面化學(xué)效應(yīng)界面化學(xué)效應(yīng)ROM HOHOHOHM HOOHSiRSiH2ORM HOOHSi無機(jī)表面聚合物表面53丁達(dá)爾效應(yīng)和光散射丁達(dá)爾效應(yīng)和光散射 1869

40、1869年，英國科學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了丁達(dá)爾效應(yīng)。年，英國科學(xué)家丁達(dá)爾發(fā)現(xiàn)了丁達(dá)爾效應(yīng)。光射到粒子上可以發(fā)生兩種情況，一是當(dāng)粒子直徑大于入光射到粒子上可以發(fā)生兩種情況，一是當(dāng)粒子直徑大于入射光波長很多倍時，發(fā)生光的反射；二是當(dāng)粒子直徑小于射光波長很多倍時，發(fā)生光的反射；二是當(dāng)粒子直徑小于入射光的波長時，發(fā)生光的散射，散射出來的光稱為乳光。入射光的波長時，發(fā)生光的散射，散射出來的光稱為乳光。 散射光的強(qiáng)度，隨著顆粒半徑增加而變化。懸（乳）散射光的強(qiáng)度，隨著顆粒半徑增加而變化。懸（乳）濁液分散質(zhì)粒子直徑太大，對于入射光只有反射而不散射；濁液分散質(zhì)粒子直徑太大，對于入射光只有反射而不散射；溶液里溶質(zhì)粒子

41、太小，對于入射光散射很微弱，觀察不到溶液里溶質(zhì)粒子太小，對于入射光散射很微弱，觀察不到丁達(dá)爾效應(yīng)；只有溶膠才有比較明顯的乳光，這時粒子好丁達(dá)爾效應(yīng)；只有溶膠才有比較明顯的乳光，這時粒子好像一個發(fā)光體，無數(shù)發(fā)光體散射的結(jié)果就形成了光的通路。像一個發(fā)光體，無數(shù)發(fā)光體散射的結(jié)果就形成了光的通路。 散射光的強(qiáng)度還隨著粒子濃度的增大而增加，因此，散射光的強(qiáng)度還隨著粒子濃度的增大而增加，因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，溶膠濃度不要太小。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，溶膠濃度不要太小。54丁達(dá)爾效應(yīng)丁達(dá)爾效應(yīng)55界面化學(xué)、擴(kuò)散效應(yīng)界面化學(xué)、擴(kuò)散效應(yīng)M O Si M O Si M O Si M O Si M O Si M O Si 無無機(jī)機(jī)

42、介介質(zhì)質(zhì)擴(kuò)散界面層擴(kuò)散界面層偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑高聚物高聚物化學(xué)鍵連接界面化學(xué)鍵連接界面56 從復(fù)合材料結(jié)構(gòu)單元和尺度上講，從復(fù)合材料結(jié)構(gòu)單元和尺度上講，把增強(qiáng)顆粒尺度為把增強(qiáng)顆粒尺度為1-50 m1-50 m的叫顆的叫顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，把粒增強(qiáng)復(fù)合材料，把0.01-1 m0.01-1 m尺尺度增強(qiáng)的叫分散強(qiáng)化度增強(qiáng)的叫分散強(qiáng)化( (彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化) )復(fù)復(fù)合材料。而把亞微米至納米級叫精合材料。而把亞微米至納米級叫精細(xì)復(fù)合材料，其強(qiáng)化原理各不相同。細(xì)復(fù)合材料，其強(qiáng)化原理各不相同。 復(fù)合材料尺寸效應(yīng)復(fù)合材料尺寸效應(yīng)57 功能材料有時要在微米至納米尺度上進(jìn)功能材料有時要在微米至納米尺度上進(jìn)行復(fù)合。首先因

43、為在電、磁、聲、光等領(lǐng)域行復(fù)合。首先因?yàn)樵陔?、磁、聲、光等領(lǐng)域中，功能材料的使用頻率越來越高。中，功能材料的使用頻率越來越高。電磁波電磁波和彈性波在媒質(zhì)中傳播時的波長非常小，僅和彈性波在媒質(zhì)中傳播時的波長非常小，僅為為500-5000 nm 500-5000 nm 。如果復(fù)合單元本身及其間如果復(fù)合單元本身及其間隔大于激勵波長隔大于激勵波長時，那么波在材料中傳播時，那么波在材料中傳播時特產(chǎn)生嚴(yán)重的散射或反常諧振，嚴(yán)重影響時特產(chǎn)生嚴(yán)重的散射或反常諧振，嚴(yán)重影響波的傳播。在這種情況下，復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)波的傳播。在這種情況下，復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)難以發(fā)揮。難以發(fā)揮。58 只有當(dāng)尺度遠(yuǎn)小于激勵波長只有當(dāng)尺度遠(yuǎn)小

44、于激勵波長時才能發(fā)揮復(fù)合結(jié)構(gòu)所提供的優(yōu)越性時才能發(fā)揮復(fù)合結(jié)構(gòu)所提供的優(yōu)越性能。也就是說，能。也就是說，材料的復(fù)合尺度應(yīng)該在材料的復(fù)合尺度應(yīng)該在 5-500 nm5-500 nm左右，實(shí)際上就是微米復(fù)合材左右，實(shí)際上就是微米復(fù)合材料或納米復(fù)合材料，二者都可統(tǒng)稱為精料或納米復(fù)合材料，二者都可統(tǒng)稱為精細(xì)復(fù)合材料。細(xì)復(fù)合材料。59 )(1LEXPF式中式中 F()-LF()-L長纖維在應(yīng)力不超過長纖維在應(yīng)力不超過時的破壞概率時的破壞概率; ;尺度參數(shù)；尺度參數(shù)；形狀參數(shù)形狀參數(shù),和和均可由實(shí)驗(yàn)測出。均可由實(shí)驗(yàn)測出。用于增強(qiáng)的纖維強(qiáng)度離散性多為韋布爾用于增強(qiáng)的纖維強(qiáng)度離散性多為韋布爾(Weibull)(

45、Weibull)分布形式分布形式WeibullWeibull分布為分布為伽瑪函數(shù)纖維的平均強(qiáng)度；式中（纖維的平均強(qiáng)度為)11()1L從以上公式可知，從以上公式可知，纖維破壞概率和纖維平均強(qiáng)度都與纖維的長纖維破壞概率和纖維平均強(qiáng)度都與纖維的長度度L L有關(guān)。有關(guān)。用纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的性能不僅與纖維的長度有用纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料的性能不僅與纖維的長度有關(guān)，與纖維的長徑比關(guān)，與纖維的長徑比L/dL/d也有關(guān)，還與復(fù)合材料板的厚度有也有關(guān)，還與復(fù)合材料板的厚度有關(guān)。這些都是復(fù)合材料尺寸效應(yīng)的體現(xiàn)。關(guān)。這些都是復(fù)合材料尺寸效應(yīng)的體現(xiàn)。60常見復(fù)合材料常見復(fù)合材料一一. .玻璃纖維復(fù)合材料玻璃纖維復(fù)合材料

46、-玻璃鋼玻璃鋼 增強(qiáng)劑：玻璃纖維（增強(qiáng)劑：玻璃纖維（SiOSiO2 2+ +其它氧化物）其它氧化物）, ,比強(qiáng)度和比模量高，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好，比強(qiáng)度和比模量高，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性好，電絕緣性較好。電絕緣性較好。 熱塑性玻璃鋼熱塑性玻璃鋼 粘結(jié)劑：熱塑性樹脂粘結(jié)劑：熱塑性樹脂尼龍、聚烯烴類、尼龍、聚烯烴類、聚苯乙烯類、聚苯乙烯類、( (熱塑性聚脂，聚碳酸脂熱塑性聚脂，聚碳酸脂) )機(jī)械機(jī)械性能、介電性能、耐熱性和抗衰老性能較好性能、介電性能、耐熱性和抗衰老性能較好61 (2)(2)熱固性玻璃鋼熱固性玻璃鋼 粘結(jié)劑粘結(jié)劑: :熱固性樹脂熱固性樹脂-酚醛樹脂，酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂（不飽和聚酯樹脂，

47、有機(jī)硅樹環(huán)氧樹脂（不飽和聚酯樹脂，有機(jī)硅樹脂）脂） 性能：輕，比強(qiáng)度高性能：輕，比強(qiáng)度高( (高于銅合金高于銅合金和鋁合金，有的高于合金鋼和鋁合金，有的高于合金鋼) )，耐蝕性好，耐蝕性好, ,介電性能優(yōu)越，成型性能良好介電性能優(yōu)越，成型性能良好, ,剛度較差，剛度較差，易老化，易蠕變。易老化，易蠕變。 用途：玻璃纖維用途：玻璃纖維/ /尼龍尼龍軸承，軸軸承，軸承架，齒輪；玻璃纖維承架，齒輪；玻璃纖維/ /聚苯乙烯聚苯乙烯汽車汽車內(nèi)裝飾制品，機(jī)殼。內(nèi)裝飾制品，機(jī)殼。62二二. .碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)劑：碳纖維（石墨）高強(qiáng)度、高彈性模增強(qiáng)劑：碳纖維（石墨）高強(qiáng)度、高彈性模量且量且20

48、002000以上保持不變；以上保持不變；-180-180不變脆。不變脆。(1)(1)碳纖維樹脂復(fù)合材料碳纖維樹脂復(fù)合材料 基體基體-環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，聚四氟乙烯性能普遍優(yōu)于玻璃鋼；氟乙烯性能普遍優(yōu)于玻璃鋼； 用途：航天材料用途：航天材料-飛行器，火箭外飛行器，火箭外層材料，天線支架，殼體，機(jī)架層材料，天線支架，殼體，機(jī)架 , ,齒輪，軸齒輪，軸承，活塞，密封圈，化工容器承，活塞，密封圈，化工容器63 (2)(2)碳纖維金屬復(fù)合材料碳纖維金屬復(fù)合材料 基體基體-金屬金屬( (主要為熔點(diǎn)較低的主要為熔點(diǎn)較低的金屬或合金，如碳纖金屬或合金，如碳纖/ /鋁錫合金鋁錫合金) )

49、 性能特點(diǎn)：接近于金屬熔點(diǎn)仍有很性能特點(diǎn)：接近于金屬熔點(diǎn)仍有很好的強(qiáng)度和彈性模量好的強(qiáng)度和彈性模量 用途：碳纖用途：碳纖/ /鋁錫合金鋁錫合金高強(qiáng)度高級高強(qiáng)度高級軸承軸承, ,其減磨性能優(yōu)于鋁錫合金。其減磨性能優(yōu)于鋁錫合金。642.2.硼纖維復(fù)合材料硼纖維復(fù)合材料增強(qiáng)劑：硼纖維增強(qiáng)劑：硼纖維-硼纖維沉積于鎢絲硼纖維沉積于鎢絲(1)(1)硼纖維樹脂復(fù)合材料硼纖維樹脂復(fù)合材料 基體基體環(huán)氧樹脂，聚苯并咪唑，聚酰亞胺樹脂環(huán)氧樹脂，聚苯并咪唑，聚酰亞胺樹脂 性能：抗壓強(qiáng)度為碳纖維復(fù)合材料的性能：抗壓強(qiáng)度為碳纖維復(fù)合材料的2 22.52.5倍，剪切倍，剪切強(qiáng)度高，蠕變小，硬度和彈性模量高，高疲勞強(qiáng)度強(qiáng)度

50、高，蠕變小，硬度和彈性模量高，高疲勞強(qiáng)度（340340390MN/m390MN/m2 2），耐輻射，化學(xué)穩(wěn)定（水，有機(jī)溶劑，），耐輻射，化學(xué)穩(wěn)定（水，有機(jī)溶劑，燃料，潤滑劑），導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能好，硼纖維是半導(dǎo)燃料，潤滑劑），導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能好，硼纖維是半導(dǎo)體。體。 應(yīng)用：航空和宇航材料，如：翼面，儀表盤，轉(zhuǎn)子，應(yīng)用：航空和宇航材料，如：翼面，儀表盤，轉(zhuǎn)子，葉片，直升機(jī)螺旋槳葉的傳動軸等葉片，直升機(jī)螺旋槳葉的傳動軸等65 (2)(2)硼纖維金屬復(fù)合材料硼纖維金屬復(fù)合材料 基體基體鋁鎂及其合金，鈦及其合金鋁鎂及其合金，鈦及其合金應(yīng)用：航空、火箭應(yīng)用：航空、火箭 性能：如鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性

51、能：如鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度、彈性模量、疲勞極限高于高強(qiáng)鋁合金和耐性模量、疲勞極限高于高強(qiáng)鋁合金和耐熱鋁合金，比強(qiáng)度高于鋼和鈦合金。熱鋁合金，比強(qiáng)度高于鋼和鈦合金。66三三. .金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 金屬和陶瓷組成的復(fù)合材料，屬顆粒增金屬和陶瓷組成的復(fù)合材料，屬顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料，又稱金屬陶瓷。強(qiáng)復(fù)合材料，又稱金屬陶瓷。硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 性能及應(yīng)用：具有高硬度，高耐磨性，高的熱性能及應(yīng)用：具有高硬度，高耐磨性，高的熱穩(wěn)定性和抗氧化性。穩(wěn)定性和抗氧化性。 適用于各種高速切削刀具，各種高溫下工作的適用于各種高速切削刀具，各種高溫下工作的耐磨件，如熱拉絲模等。耐磨件，如熱拉絲模等。671.1.鎢鈷

52、類硬質(zhì)合金鎢鈷類硬質(zhì)合金由鈷由鈷CoCo和碳化鎢和碳化鎢WCWC壓制壓制燒結(jié)而成燒結(jié)而成 牌號：牌號：YG+CoYG+Co的百分含量，如：的百分含量，如：YG3YG3、YG6YG6、YG8YG8。CoCo的含量越高，其韌性越好。的含量越高，其韌性越好。 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)高硬度，高耐磨性，韌性較好。高硬度，高耐磨性，韌性較好。 用途用途制作切削鑄鐵、有色金屬和非金屬材料等脆制作切削鑄鐵、有色金屬和非金屬材料等脆性材料的刀具。如：性材料的刀具。如：YG8YG8刀具適合粗加工鑄鐵，刀具適合粗加工鑄鐵，YG3YG3適合適合精加工鑄鐵，精加工鑄鐵，YG6YG6適合半精加工鑄鐵。適合半精加工鑄鐵。682.

53、2.鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金由鈷由鈷CoCo和碳化鎢和碳化鎢WCWCTiCTiC壓制燒結(jié)而成壓制燒結(jié)而成 牌號：牌號：YT+TiCYT+TiC的百分含量，如：的百分含量，如：YT5YT5、YT15YT15、YYT30YYT30。TiCTiC含量越高，其韌性越好。含量越高，其韌性越好。 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)硬度高于硬度高于YGYG類，韌性，強(qiáng)度略低于類，韌性，強(qiáng)度略低于YGYG類。類。 用途用途制作切削各種鋼的刀具。如：制作切削各種鋼的刀具。如：YT5YT5刀具刀具適合粗加工鋼，適合粗加工鋼，YT15YT15適合精加工鋼，適合精加工鋼，YTYT適合半精加適合半精加工鋼。工鋼。693.3.鎢鈦

54、鉭鈷類硬質(zhì)合金鎢鈦鉭鈷類硬質(zhì)合金由由鈷鈷CoCoWCWCTiCTiCTaCTaC壓制燒結(jié)而成壓制燒結(jié)而成 牌號：牌號：YW YW 如：如：YW1 YW1 和和 YW2 YW2 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)兼具兼具YGYG，YTYT優(yōu)點(diǎn)，又稱通用硬質(zhì)合優(yōu)點(diǎn)，又稱通用硬質(zhì)合金及萬能硬質(zhì)合金。金及萬能硬質(zhì)合金。 用途用途制作切削耐熱鋼及合金等難加工材料的制作切削耐熱鋼及合金等難加工材料的刀具。刀具。70樹脂基復(fù)合材料的制備方法樹脂基復(fù)合材料的制備方法 復(fù)合材料及其制件的成型方法，是根據(jù)復(fù)合材料及其制件的成型方法，是根據(jù)產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)與使用要求，結(jié)合材料的產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)與使用要求，結(jié)合材料的工藝性來確定的。已

55、在生產(chǎn)中采用的成型方工藝性來確定的。已在生產(chǎn)中采用的成型方法有：手糊成型法有：手糊成型濕法鋪層成型；真空袋濕法鋪層成型；真空袋壓法成型；壓力袋成型；樹脂注射和樹脂傳壓法成型；壓力袋成型；樹脂注射和樹脂傳遞成型；噴射成型；真空輔助樹脂注射成型；遞成型；噴射成型；真空輔助樹脂注射成型；夾層結(jié)構(gòu)成型；模壓成型；注射成型；擠出夾層結(jié)構(gòu)成型；模壓成型；注射成型；擠出成型；纖維纏繞成型；拉擠成型；連續(xù)板材成型；纖維纏繞成型；拉擠成型；連續(xù)板材成型；層壓或卷制成型；熱塑性片狀模塑料成型；層壓或卷制成型；熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型；離心澆鑄成型等。熱沖壓成型；離心澆鑄成型等。71手糊工藝手糊工藝 手糊工藝是聚

56、合物基復(fù)合材料制造中最早手糊工藝是聚合物基復(fù)合材料制造中最早采用和最簡單的方法。其工藝過程如下：采用和最簡單的方法。其工藝過程如下：72手糊工藝優(yōu)缺點(diǎn)手糊工藝優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)手糊成型不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，手糊成型不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)。適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品的生產(chǎn)。(2)(2)設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低。設(shè)備簡單、投資少、設(shè)備折舊費(fèi)低。(3)(3)工藝簡工藝簡便。便。(4)(4)易于滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可以在產(chǎn)品不易于滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料。同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料。(5)(5)制品樹脂含量較制品

57、樹脂含量較高，耐腐蝕性好。高，耐腐蝕性好。 缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，勞動衛(wèi)生條件缺點(diǎn)：生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，勞動衛(wèi)生條件差；產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高；產(chǎn)品差；產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高；產(chǎn)品力學(xué)性能較低。力學(xué)性能較低。73原料的選擇原料的選擇 (l)(l)聚合物基體的選擇：聚合物基體的選擇： 能在室溫下凝膠、固能在室溫下凝膠、固化。并在固化過程中無低分子物產(chǎn)生?；?。并在固化過程中無低分子物產(chǎn)生。能配制能配制成粘度適當(dāng)?shù)哪z液，適宜手糊成型的膠液粘度為成粘度適當(dāng)?shù)哪z液，適宜手糊成型的膠液粘度為0.2-0.5Pa0.2-0.5Pa. .s s。無毒或低毒。無毒或低毒。價格便宜。

58、價格便宜。 (2)(2)增強(qiáng)材料的選擇：手糊成型工藝用量最多的增強(qiáng)材料的選擇：手糊成型工藝用量最多的增強(qiáng)材料是玻璃纖維及其織物，如無堿纖維、中增強(qiáng)材料是玻璃纖維及其織物，如無堿纖維、中堿纖維、有堿纖維、玻璃纖維無捻粗紗、短切纖堿纖維、有堿纖維、玻璃纖維無捻粗紗、短切纖維氈、無捻粗紗布、玻璃纖維細(xì)布和單向織物等。維氈、無捻粗紗布、玻璃纖維細(xì)布和單向織物等。少量有碳纖維、芳倫纖維和其他纖維。少量有碳纖維、芳倫纖維和其他纖維。74 (3)(3)脫模劑的選擇：手糊成型用的是外脫模劑的選擇：手糊成型用的是外脫模劑，常用的外脫模劑有：脫模劑，常用的外脫模劑有： a a薄膜型脫模劑：主要有聚醋薄膜，薄膜型脫

59、模劑：主要有聚醋薄膜，聚乙烯醇薄膜，玻璃紙等，其中聚醇聚乙烯醇薄膜，玻璃紙等，其中聚醇薄膜用量較大薄膜用量較大 b b混合溶液型脫模劑：此類脫模劑中混合溶液型脫模劑：此類脫模劑中聚乙烯醇溶液應(yīng)用最多。聚乙烯醇溶液應(yīng)用最多。 c c蠟型脫模劑：蠟型脫模劑使用方便，蠟型脫模劑：蠟型脫模劑使用方便，省工省時省料，脫模效果好，價格也省工省時省料，脫模效果好，價格也不高，因此得到最廣泛的應(yīng)用。不高，因此得到最廣泛的應(yīng)用。75手糊成型模具的設(shè)計(jì)與制造手糊成型模具的設(shè)計(jì)與制造 是手糊成型工藝中唯一的重要設(shè)備，合理是手糊成型工藝中唯一的重要設(shè)備，合理設(shè)計(jì)和制造模具是保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的設(shè)計(jì)和制造模具是保證

60、產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的關(guān)鍵。手糊成型模具分單模和對模兩類。單模關(guān)鍵。手糊成型模具分單模和對模兩類。單模又分陽模和陰模兩種，如圖所示。又分陽模和陰模兩種，如圖所示。76原材料準(zhǔn)備原材料準(zhǔn)備 (1)(1)膠液準(zhǔn)備膠液準(zhǔn)備 膠液的工藝性主要指膠液粘度和凝膠膠液的工藝性主要指膠液粘度和凝膠時間：時間： 膠液粘度表征流動特性，對膠液粘度表征流動特性，對手糊作業(yè)影響大；手糊作業(yè)影響大；凝膠時間指在一凝膠時間指在一定溫度條件下，樹脂中加入定量的引定溫度條件下，樹脂中加入定量的引發(fā)劑、促進(jìn)劑或固化劑，從粘流態(tài)失發(fā)劑、促進(jìn)劑或固化劑，從粘流態(tài)失去流動性，變成軟膠狀態(tài)的凝膠所需去流動性，變成軟膠狀態(tài)的凝膠所需的時間